案例1 - 带粒子追踪的环形紫外反应器

1.案例介绍

本例中,我们使用拉格朗日粒子追踪方法,对一个简化的紫外线 (UV) 水净化反应器中的水灭菌进行建模。本例中的反应器为 U 型,入口管和出口管垂直于灯的方向延伸。求解流经反应器的水的速度分布,并追踪反应器中的颗粒。

模型几何形状由圆柱型紫外灯和围绕它的圆柱型反应器之间的环形区域以及入口管和出口管组成。所有域都包含室温的流动水。采用拉格朗日粒子表示需要消菌的物体,通过对粒子运动的模拟,得到这些物体在反应器内部的运动路径,确保它们能够充分在反应器内得到照射、消菌。

2.几何/网格文件

几何文件:lag_UV_geom.step

网格文件:lag_UV_mesh.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->拉格朗日粒子仿真模块中完成。

3.1 计算设置

点击拉格朗日粒子模块处,选择湍流模型为 k-epsilon 模型,时变特性为 稳态,关闭温度计算,拉格朗日计算设置方法选择为 单向耦合

网格导入

3.2 网格导入

不可压缩流体仿真->网格 中,类型选择 上传网格,依照指示,将网格文件lag_UV_geom.step以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

网格导入

导入网格后,可通过鼠标左键移动视角,右击平移网格体。

网格导入

3.3 材料选择

点击 材料 右侧的 [+],添加流体材料,选择

水的运动粘度为 0.001 Pa·s,密度为 1000 kg/m3。如图所示:

材料选择

3.4 初始条件

点击 拉格朗日粒子模块 > 初始条件,将湍流初值改为 默认,如图所示:

初始条件

3.5 边界条件

点击 拉格朗日粒子模块 > 边界条件 右侧的 [+],即可选择预定义的边界条件,依次进行如下边界条件的定义:

  • 速度入口

点击选择速度入口,修改速度类型为体积流量,输入数值为 0.0019 m3/s,修改水力直径为 0.06 m;

点击拉格朗日粒子右侧的 [+],添加拉格朗日粒子,修改注入粒子数量为 100,注入粒子频率为 1

点击施加位置右侧的 [+],勾选 Inlet,设置完成情况如图所示:

边界条件

边界条件

  • 压力出口

选择压力出口,修改出口压强数值为 101300 Pa,拉格朗日边界类型为 粒子流出

点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 Outlet

设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 壁面

选择 壁面,点击施加位置右侧的 [+],施加位置选择 WallSymmetry,修改拉格朗日边界类型为 粒子回弹

设置完成情况如图所示:

边界条件

3.6 时间步长设置

点击 拉格朗日粒子模块 > 时间步&资源,保持定时间步长计算,选择时间步数为 1000,时间步长为 0.01 s,选择流场、粒子、迹线输出频率为 10,即每0.1秒输出一帧后处理结果,如图所示:

时间设置

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

设置完成后,点击 仿真结果,点击 开始计算,即可提交计算。

计算和仿真结果

计算完成后,在拉格朗日粒子模块处会显示绿色图标,此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图,选择物理场为 Velocity/Magnitude

速度场云图分布如下:

计算和仿真结果